富勒烯纳米瓶捕捉原子氮的反应性

研究人员首次使用巴基球作为纳米烧瓶来观察单原子氮的行为。¹这项工作应该会激发研究高活性物种的新方法。

当研究单个原子的反应性时，玻璃器皿就变得毫无用处了。因此，化学家们花了数年时间来开发可以研究这些类型系统的分子容器。然而，“纳米笼子”本身可能过于活跃，无法囚禁单原子或自由基等物种。现在，一个日本化学家团队发现了如何调整富勒烯来捕获最活跃的物种。

安二郎村田这篇论文的第一作者、京都大学的研究员，解释了他是如何“在10年前有了纳米烧瓶的想法”。然而，他花了很长时间来开发和完成所有导致这篇文章发表的实验。他解释说，最难的部分是“内嵌富勒烯的合成”。这个过程需要掌握一种被称为“分子外科”的精细技术。

村田公司使用化学合成技术在富勒烯上开孔，其精度与吹制普通烧瓶所需的玻璃工艺相同。他说:“利用温和条件下的有机反应，我们在富勒烯上构造了一个开口。”然后，他们可以把他们想要研究的分子放在里面。他补充说:“分子手术的关键是我们可以完全关闭开口，在插入后重新生成富勒烯笼。”2011年，村田用同样的方法制作了一个单分子“水瓶”，²也应用了它观察水二聚体中氢键的形成。

村田的团队现在把一个氢分子和一个氮原子都放在了碳原子中₇₀巴基球。他们使用高分辨率质谱技术证明了插入是有效的。然后，他们用电子顺磁共振对系统进行了研究。令人惊讶的是，他们发现原子氮和分子氢没有反应，原子氮和氘也没有反应。

马丁已满西班牙马德里康普顿斯大学富勒烯领域的一位权威专家认为，这篇论文的标题有点误导人。他说:“最终，他们没有观察到任何与单原子氮的反应。”“尽管如此，这篇论文背后的想法是迷人的，分子手术过程真的令人印象深刻，”他补充道。Martín也认为这一成就开辟了无数的可能性。“如果我们能捕获两个氮自由基，我们就能观察到富勒烯内部氮分子的形成。这将是突破性的。

村田赞同这一观点，并希望很快能观察到更大分子之间的反应。他解释说:“要做到这一点，我们需要开发针对更高富勒烯的分子手术，这应该是具有挑战性的。”他还对富勒烯纳米烧瓶的未来应用感到好奇。他补充说:“我们可以产生新的稳定的自由基物种，这将是量子计算的关键材料。”